JP2015096017A

JP2015096017A - 車両およびそれを用いた充放電システム

Info

Publication number: JP2015096017A
Application number: JP2013236057A
Authority: JP
Inventors: 友也大野; Tomoya Ono; 草深　浩伸; Hironobu Kusafuka; 浩伸草深
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-05-18
Also published as: CN105745112A; EP3068656A1; WO2015071722A1; US20160288649A1

Abstract

【課題】故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止できる車両を提供する。
【解決手段】この車両１０１は、蓄電装置１１０と、ケーブル２１を介して外部の充放電装置１１に接続されるＤＣインレット７０２と、第１の電極がＤＣインレット７０２に接続され、第２の電極がＤＣリレー７０７およびヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０に接続され、充電モード時は、第１の電極から第２の電極に向かう方向に直流電流を流し、放電モード時は、第２の電極から第１の電極に向かう方向に直流電流を流す双方向サイリスタ７０３とを備える。放電時にヒューズＦ１が溶断した場合でも、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間を双方向サイリスタ７０３によって電気的に遮断できる。
【選択図】図３

Description

この発明は車両およびそれを用いた充放電システムに関し、特に、蓄電装置を搭載した車両と、それを用いた充放電システムに関する。

近年、商用交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電気自動車のような車両の蓄電装置に供給する充電装置が開発されている。また、特許文献１には、車両の蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する放電装置が開示されている。

特開２０１２−７０５７７号公報

しかし、充電装置と放電装置を別々に設けると効率が悪いので、車両の蓄電装置の充電と放電の両方を行なうことが可能な充放電装置の開発が望まれる。この充放電装置を使用する場合、従来と同様のケーブルを使用するものとする。このケーブルは、車両のインレットに接続されるコネクタと、ヒューズと、電力線を含む。また、車両には、インレットと蓄電装置の間にリレーとヒューズが設けられる（図２（ａ）参照）。

そのような充放電装置と車両のインレットをケーブルで接続して蓄電装置を放電させている場合において、電力線で短絡が発生して蓄電装置から電力線の短絡部に過電流が流れることが想定される。さらに、車両のヒューズが溶断せずに、リレーがオン固着し、ケーブルのヒューズが溶断した場合は、車両のインレットに蓄電装置の電圧が印加されたままになる恐れがある（図２（ｂ）参照）。

それゆえに、この発明の主たる目的は、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することが可能な車両と、それを用いた充放電システムを提供することである。

この発明に係る車両は、直流電力を蓄える蓄電装置と、ケーブルを介して外部の充放電装置に接続されるインレットと、第１の電極がインレットに接続され、第２の電極が蓄電装置に接続され、充放電装置から供給される直流電力を蓄電装置に蓄える充電モード時は、第１の電極から第２の電極に向かう方向に直流電流を流し、蓄電装置の直流電力を充放電装置に供給する放電モード時は、第２の電極から第１の電極に向かう方向に直流電流を流す双方向サイリスタとを備えたものである。

したがって、本願発明によれば、充放電装置と車両のインレットをケーブルで接続して蓄電装置を放電させている場合において、過電流が流れて充放電装置側でヒューズが溶断したとき、双方向サイリスタが非導通状態になり、車両のインレットと蓄電装置との間が電気的に遮断される。したがって、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

好ましくは、さらに、一方端子が双方向サイリスタの第２の電極に接続され、充電モード時および放電モード時の各々に導通状態にされるリレーと、リレーの他方端子と蓄電装置との間に接続された第１のヒューズとを備える。

この場合は、リレーを設けたので、充電モード時および放電モード時以外のときにインレットと蓄電装置の間を遮断することができる。また、第１のヒューズを設けたので、インレットおよび蓄電装置間に過電流が流れることを防止することができる。

好ましくは、ケーブルは、インレットに接続されるコネクタと、一方端子がコネクタに接続された第２のヒューズと、第２のヒューズの他方端子と充放電装置との間に接続される電力線とを含む。

この場合は、第２のヒューズを設けたので、ケーブルに過電流が流れることを防止することができる。また、放電モード時に電力線で短絡が発生し、第１のヒューズが溶断せずにリレーがオン固着し、第２のヒューズが溶断したとき、電流が遮断されて双方向サイリスタが非導通状態になる。したがって、インレットに蓄電装置の電圧が印加されたままになるのを防止することができ、安全にコネクタを抜くことが可能となる。

また、この発明に係る充放電システムは、上記車両と、上記ケーブルと、上記充放電装置とを備え、充放電装置は、充電モード時は、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブルを介して蓄電装置に供給し、放電モード時は、蓄電装置からケーブルを介して供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。この場合は、電力需要のピークを低減し、家庭の電気料金を低減し、停電した非常時に電気機器を使用することができる。

以上のように、本願発明によれば、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

本発明の基礎となる充電システムの要部を示す回路ブロック図である。図１に示した充電システムを利用した充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。本発明の一実施の形態による充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。図３に示した車両の構成を示す回路ブロック図である。図４に示した車両に接続される交流充電ケーブルの構成を示す回路ブロック図である。

図１（ａ）は、本発明の基礎となる充電システムの要部を示す回路ブロック図である。図１（ａ）において、この充電システムは、充電装置１０、ケーブル２０、および車両１００を備える。ケーブル２０は、正電力線ＰＬ１１、負電力線ＮＬ１１、ヒューズＦ１、ダイオードＤ１、およびコネクタＣＮ１を含む。

正電力線ＰＬ１１の一方端は、充電装置１０の正電圧端子１０ａに接続される。ヒューズＦ１の一方端子は、正電力線ＰＬ１１の他方端に接続される。ヒューズＦ１は、所定の定格電流を越える値の電流が流れた場合に溶断してケーブル２０などを保護する。ダイオードＤ１は、コネクタＣＮ１内に収容され、そのアノードはヒューズＦ１の他方端子に接続され、そのカソードはコネクタＣＮ１の正電圧端子に接続される。ダイオードＤ１は、車両１００から充電装置１０に直流電流が逆流することを防止する。負電力線ＮＬ１１は、充電装置１０の負電圧端子１０ｂとコネクタＣＮ１の負電圧端子との間に接続される。

また、車両１００は、ＤＣインレット７０２、ＤＣリレー７０７、ヒューズＦ２、および蓄電装置１１０を備える。ＤＣリレー７０７は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を含む。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、蓄電装置１１０を充電する充電モード時に導通状態にされる。ＤＣインレット７０２の正電圧端子は、スイッチＳＷ１およびヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０の正極に接続される。ヒューズＦ２は、所定の定格電流を越える値の電流が流れた場合に溶断して蓄電装置１１０などを保護する。ヒューズＦ２の定格電流は、ヒューズＦ１の定格電流と同じである。ＤＣインレット７０２の負電圧端子は、スイッチＳＷ２を介して蓄電装置１１０の負極に接続される。

コネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２に嵌め込むと、コネクタＣＮ１の正電圧端子および負電圧端子とＤＣインレット７０２の正電圧端子および負電圧端子とがそれぞれ接続される。充電の開始が指令されると、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態にされる。また、充電装置１０は、ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２０を介して車両１００内の蓄電装置１１０に供給する。これにより、蓄電装置１１０に直流電力が蓄えられる。

蓄電装置１１０の充電が終了すると、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が非導通状態にされる。コネクタＣＮ１は、ユーザによってＤＣインレット７０２から引き抜かれる。車両１００は、蓄電装置１１０の直流電力などによって駆動される。

また、図１（ｂ）に示すように、充電中にケーブル２０が破損したり、切断されたりして電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間が短絡した場合は、充電装置１０内の保護回路によって充電装置１０の出力端子１０ａ，１０ｂがフローティング状態にされる。また、ダイオードＤ１が逆バイアス状態になって非導通になるので、蓄電装置１１０から短絡部ＳＰに電流が逆流することはない。ユーザによってＤＣリレー７０７が非導通にされると、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間が電気的に遮断され、コネクタＣＮ１を安全に取り外すことが可能となる。

ところで、上記特許文献１には、車両の蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する放電装置が開示されている。充電装置と放電装置を別々に設けると効率が悪いので、車両１００の蓄電装置１１０の充電と放電の両方を行なうことが可能な充放電装置の開発が望まれる。

図２（ａ）は、図１（ａ）で示した充電システムを利用した充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図１（ａ）と対比される図である。図２（ａ）を参照して、この充放電システムが図１（ａ）の充電システムと異なる点は、充電装置１０が充放電装置１１で置換され、ケーブル２０がケーブル２１で置換されている点である。ケーブル２１は、ケーブル２０から逆流防止用のダイオードＤ１を除去したものである。電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１の一方端は、それぞれ充放電装置１１の正電圧端子１１ａおよび負電圧端子１１ｂに接続される。

充放電装置１１は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、交流端子１１ｃ，１１ｄは家庭のコンセント２に接続される。コンセント２は、商用交流電源１から交流電力を受けるとともに、プラグ(図示せず)を介して家庭の電気機器（負荷）に接続される。充電または放電の開始が指令されると、車両１００においてＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態にされる。

また、充放電装置１１は、充電モード時は、充電装置１０と同様に、コンセント２が接続された商用交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２１を介して車両１００内の蓄電装置１１０に供給する。また、充放電装置１１は、放電モード時は、蓄電装置１１０からケーブル２１を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をコンセント２に接続された商用交流電源１および家庭の電気機器（負荷）に供給する。商用交流電源１に供給された交流電力は、たとえば他の家庭の電気機器（負荷）で使用される。

このような充放電システムによれば、電力需要の少ない時間帯に蓄電装置１１０を充電し、電力需要の多い時間帯に蓄電装置１１０を放電させることにより、電力需要のピークを低減させることができる。また、電力需要の少ない時間帯では電気料金が安いので、家庭の電気料金を節約することができる。また、停電などの非常時に、家庭の電気機器を使用することができる。

しかし、図２（ｂ）に示すように、放電モード時にケーブル２１が破損したり、切断されたりして電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間が短絡した場合は、蓄電装置１１０の正極からヒューズＦ２、スイッチＳＷ１、ヒューズＦ１、短絡部ＳＰ、およびスイッチＳＷ２を介して蓄電装置１１０の負極に大電流が流れる。

ＤＣリレー７０７に大電流が流れると、電気的反発（電磁反発）を起こし、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が開こうとする。その際にアーク放電が発生し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の各々が溶着して導通状態に固定される。すなわち、ＤＣリレー７０７がオン固着されて導通状態に固定される。さらに、ヒューズＦ１がヒューズＦ２よりも先に溶断した場合、短絡電流は遮断されるが、ＤＣインレット７０２の端子間に蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されたままになる。

この状態でユーザがコネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２から抜き取ると、蓄電装置１１０の電圧が印加されたＤＣインレット７０２の端子が露出してしまう。本願発明は、この問題を解決するものである。

図３は、本発明の一実施の形態による充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図２（ａ）と対比される図である。図３を参照して、この充放電システムが図２（ａ）の充放電システムと異なる点は、車両１００が車両１０１と置換されている点である。車両１０１は、車両１００に双方向サイリスタ７０３およびＥＣＵ（Electronic Control Unit)３００を追加したものである。

双方向サイリスタ７０３は、逆並列に接続された２つのサイリスタ７０３ａ，サイリスタ７０３ｂを含む。サイリスタ７０３ａのアノードとサイリスタ７０３ｂのカソードは、互いに接続されて双方向サイリスタ７０３の第１電極となる。サイリスタ７０３ａのカソードとサイリスタ７０３ｂのアノードは、互いに接続されて双方向サイリスタ７０３の第２電極となる。サイリスタ７０３ａのゲートとサイリスタ７０３ｂのゲートは、互いに接続されて双方向サイリスタ７０３のゲートとなる。

双方向サイリスタ７０３の第１電極はＤＣインレット７０２の正電圧端子に接続され、その第２電極はスイッチＳＷ１およびヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０の正極に接続され、そのゲートはＥＣＵ３００に接続される。

初期状態では、双方向サイリスタ７０３は非導通状態にされている。充電の開始が指令されると、充放電装置１１は、コンセント２に接続されている商用交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２１を介して車両１０１に供給する。また、ＥＣＵ３００は、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通させる。

これにより、双方向サイリスタ７０３の第１電極の電圧が第２電極の電圧よりも高くなり、サイリスタ７０３ａに順バイアス電圧が与えられる。この状態でＥＣＵ３００は、双方向サイリスタ７０３のゲートにパルス信号を与える。これにより、サイリスタ７０３ａが導通し、第１電極から第２電極に向かう方向に直流電流が流れ、蓄電装置１１０が充電される。

蓄電装置１１０の充電が終了すると、充放電装置１１の運転が停止されるとともに、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が非導通状態にされる。これにより、サイリスタ７０３ａに流れる電流が無くなり、双方向サイリスタ７０３が非導通状態となり、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間が電気的に遮断される。コネクタＣＮ１は、ユーザによってＤＣインレット７０２から引き抜かれる。車両１００は、蓄電装置１１０の直流電力などによって駆動される。

また、充電中に電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１が短絡した場合は、充放電装置１１内の保護回路によって充放電装置１１の端子１１ａ，１１ｂがフローティング状態にされるとともに、充放電装置１１の運転が停止される。これにより、蓄電装置１１０の端子間電圧がサイリスタ７０３ａのカソードおよびアノード間に印加され、サイリスタ７０３ａが逆バイアス状態になって非導通になる。

したがって、蓄電装置１１０から電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１の短絡部に電流が逆流することはない。また、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間が電気的に遮断されるので、ユーザがコネクタＣＮ１を引き抜いたときにＤＣインレット７０２に蓄電装置１１０の電圧が露出することはない。

また、放電の開始が指令されると、ＥＣＵ３００によってＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態にされ、蓄電装置１１０の電圧が双方向サイリスタ７０３に印加され、サイリスタ７０３ｂに順バイアス電圧が与えられる。この状態でＥＣＵ３００は、双方向サイリスタ７０３のゲートにパルス信号を与える。これにより、サイリスタ７０３ｂが導通し、第２電極から第１電極に向かう方向に直流電流が流れる。

充放電装置１１は、蓄電装置１１０からケーブル２１を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、その交流電力をコンセント２に接続された商用交流電源１や家庭の電気機器に供給する。これにより、電力需要のピークを低減させることができ、家庭の電気料金を節約することができる。

放電中に電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１が短絡した場合は、蓄電装置１１０から短絡部ＳＰに過電流が流れ、ヒューズＦ１，Ｆ２のうちの少なくともいずれか一方のヒューズＦが溶断され、サイリスタ７０３ｂに流れる電流が遮断されてサイリスタ７０３ｂが非導通状態になる。また、充放電装置１１内の保護回路によって充放電装置１１の運転が停止される。

また、短絡電流によってＤＣリレー７０７で電磁反発が発生し、スイッチＳＷ１,ＳＷ２がオン固着し、ヒューズＦ１が先に溶断してヒューズＦ２が溶断しない場合でも、双方向サイリスタ７０３が非導通状態になり、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間が電気的に遮断される。したがって、ユーザは、コネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２から安全に抜き取ることができる。

図４は、図３に示した車両１０１の構成を詳細に示す回路ブロック図である。図４において、車両１０１は、ハイブリッド車両であって、蓄電装置１１０と、ヒューズＦ２と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０，１３５と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、エンジン１６０と、制御装置であるＥＣＵ３００とを備える。ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２，１２３と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、ヒューズＦ２と、ＳＭＲ１１５と、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１とを介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１０１の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０，１３５で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１１０は、いずれも図示しないが電圧センサおよび電流センサを含み、これらのセンサによって検出された、蓄電装置１１０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢをＥＣＵ３００へ出力する。

ＳＭＲ１１５に含まれる２つのスイッチのうちの正電圧側のスイッチの一方端子は、ヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０の正極に接続され、その他方端子は正電力線ＰＬ１を介してコンバータ１２１に接続される。ＳＭＲ１１５に含まれる２つのスイッチのうちの負電圧側のスイッチの一方端子は、蓄電装置１１０の負極に接続され、その他方端子は負電力線ＮＬ１を介してコンバータ１２１に接続される。

そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。ヒューズＦ２は、過電流が流れたときに溶断し、過電流から蓄電装置１１０などを保護する。

コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１と正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ１２２，１２３は、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１に並列に接続される。インバータ１２２，１２３は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２にそれぞれ基づいて、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ１３０，１３５をそれぞれ駆動する。

コンデンサＣ１は、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１の間に設けられ、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１の間に設けられ、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

モータジェネレータ１３０，１３５は交流回転電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０，１３５の出力トルクは、減速機や動力分割機構を含んで構成される動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１０１を走行させる。モータジェネレータ１３０，１３５は、車両１０１の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１３０，１３５は動力伝達ギヤ１４０を介してエンジン１６０とも結合される。そして、ＥＣＵ３００により、モータジェネレータ１３０，１３５およびエンジン１６０が協調的に動作されて必要な車両駆動力が発生される。さらに、モータジェネレータ１３０，１３５は、エンジン１６０の回転により発電が可能であり、この
発電電力を用いて蓄電装置１１０を充電することができる。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータ１３５は専ら駆動輪１５０を駆動するための電動機として用いられ、モータジェネレータ１３０は専らエンジン１６０により駆動される発電機として用いられる。

なお、図４においては、モータジェネレータが２つ設けられる構成が例として示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータが１つの場合、あるいは２つより多くのモータジェネレータを設ける構成としてもよい。また、車両１０１は、エンジンを搭載しない電気自動車であってもよく、燃料電池車であってもよい。

車両１０１は、充放電装置１１によって蓄電装置１１０を充放電するための構成として、ＤＣインレット７０２、双方向サイリスタ７０３、ＤＣリレー７０７、およびヒューズＦ２を含む。これらの構成および動作については、図１〜図３を用いて説明したので、その説明は繰り返さない。

また、車両１０１は、外部交流電源５００からの電力によって蓄電装置１１０を充電するための構成として、充電器２００と、充電リレーＣＨＲ２１０と、交流接続部であるＡＣインレット２２０とを含む。

交流充放電時は図５に示すように、ＡＣインレット２２０に、充電ケーブル４００の充電コネクタ４１０が接続される。そして、外部交流電源５００からの電力が、充電ケーブル４００を介して車両１０１に伝達される。

充電ケーブル４００は、充電コネクタ４１０に加えて、外部交流電源５００のコンセント５１０に接続するためのプラグ４２０と、充電コネクタ４１０およびプラグ４２０とを接続する電力線４４０とを含む。電力線４４０には、外部交流電源５００からの電力の供給および遮断を切換えるための充電回路遮断装置（以下、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）とも称する。）４３０が介挿される。

充電器２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して、ＡＣインレット２２０に接続される。また、充電器２００は、ＣＨＲ２１０およびヒューズＦ２を介して、蓄電装置１１０に接続される。

充電器２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤによって制御され、ＡＣインレット２２０から供給される交流電力を、蓄電装置１１０の充電電力に変換する。

車両１０１は、外部に電力を供給するための構成として、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１と、放電リレーＤＣＨＲ２１１とをさらに含む。なお、ＡＣインレット２２０は、交流電力を出力する接続部としても共用される。

ＡＣ１００Ｖインバータ２０１は、ヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０に接続されるとともに、ＳＭＲ１１５を介してＰＣＵ１２０に接続される。ＡＣ１００Ｖインバータ２０１は、蓄電装置１１０からの直流電力またはモータジェネレータ１３０，１３５により発電されてＰＣＵ１２０で変換された直流電力を交流電力に変換して、車両外部へ給電することも可能である。なお、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１に代えて、他の交流電圧または直流電圧を出力する装置を設けてもよい。また、充電器２００とＡＣ１００Ｖインバータ２０１とは、充電および給電の双方向の電力変換が可能な１つの装置であってもよい。

ＣＨＲ２１０は、ヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０に接続されるとともに、充電器２００に接続される。ＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２によって制御され、充電器２００と蓄電装置１１０との間の電力の供給と遮断とを切換える。ＤＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御され、ＡＣインレット２２０とＡＣ１００Ｖインバータ２０１との間の電力経路の接続と遮断とを切換える。なお、図４に示す充電時には、ＣＨＲ２１０は接続状態に制御され、ＤＣＨＲ２１１は遮断状態に制御される。

ＥＣＵ３００は、エアコンなどの初期設定を記憶しておくための不揮発性メモリ３７０を含む。いずれも図４には図示しないが、ＥＣＵ３００は、さらに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、蓄電装置１１０および車両１０１の各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢおよび電流ＩＢの検出値に基づいて、蓄電装置１１０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。

ＥＣＵ３００は、充電ケーブル４００の接続状態を示すプロキシメトリディテクション信号ＰＩＳＷ（以下、ディテクション信号ＰＩＳＷと称する）を充電コネクタ４１０から受ける。また、ＥＣＵ３００は、充電ケーブル４００のＣＣＩＤ４３０からコントロールパイロット信号ＣＰＬＴ（以下、パイロット信号ＣＰＬＴと称する）を受ける。ＥＣＵ３００は、これらの信号に基づいて充電動作を実行する。

なお、図４においては、ＥＣＵ３００として１つの制御装置を設ける構成としているが、たとえば、ＰＣＵ１２０用の制御装置や蓄電装置１１０用の制御装置などのように、機能ごと、または制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

次に、交流電力の充放電について説明する。交流電力の充電時に使用されるパイロット信号ＣＰＬＴおよびディテクション信号ＰＩＳＷ、ならびに、ＡＣインレット２２０および充電コネクタ４１０の形状，端子配置などの構成は、たとえば、米国のＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）や国際電気標準会議（International Electrotechnical Commission：ＩＥＣ）等において規格化されている。

ＣＣＩＤ４３０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵと、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサおよびコントロールパイロット信号の入出力を行なうとともに、充電ケーブル４００の充電動作を制御する。

なお、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は、ＥＣＵ３００によって操作される。また、デューティサイクルは、外部交流電源５００から充電ケーブル４００を介して車両１０１へ供給可能な定格電流に基づいて設定される。

パイロット信号ＣＰＬＴは、パイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位から低下すると、規定の周期で発振する。ここで、外部交流電源５００から充電ケーブル４００を介して車両１０１へ供給可能な定格電流に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅が設定される。すなわち、この発振周期に対するパルス幅の比で示されるデューティによって、パイロット信号ＣＰＬＴを用いてＣＣＩＤ４３０中のコントロールパイロット回路から車両１０１のＥＣＵ３００へ定格電流が通知される。

なお、定格電流は、充電ケーブル毎に定められており、充電ケーブル４００の種類が異なれば定格電流も異なる。したがって、充電ケーブル４００毎にパイロット信号ＣＰＬＴのデューティも異なることになる。

ＥＣＵ３００は、受信したパイロット信号ＣＰＬＴのデューティに基づいて、充電ケーブル４００を介して車両１０１へ供給可能な定格電流を検知することができる。

ＣＣＩＤ４３０内部のリレーの接点が閉じられると、充電器２００に外部交流電源５００からの交流電力が与えられ、外部交流電源５００から蓄電装置１１０への充電準備が完了する。ＥＣＵ３００は、充電器２００に対し制御信号ＰＷＤを出力することによって、外部交流電源５００からの交流電力を蓄電装置１１０が充電可能な直流電力に変換する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２を出力してＣＨＲ２１０の接点を閉じることにより、蓄電装置１１０への充電を実行する。

また、いわゆるスマートグリッドのように、車両を電力供給源として考え、車両に蓄えられた電力を車両外部の電気機器へ供給することが検討されている。また、キャンプや屋外での作業などで電気機器を使用する場合の電源として、車両が使用される場合もある。

この場合、外部充電を行なう際に充電ケーブル４００が接続されるＡＣインレット２２０を介して車両からの電力供給を行なうことができれば、電気機器接続用のアウトレットを別個に設ける必要がなく、車両側の改造の必要性が不要または削減できるので好適である。

そこで、本実施の形態では、ＡＣインレット２２０を介して車両外部の電気機器に交流電力を供給することが可能となっている。この場合、ＡＣインレット２２０と電気機器のプラグとを結合する給電コネクタ(図示せず)がＡＣインレット２２０に嵌め込まれる。この給電コネクタを接続することによって、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１で生成された交流電力を家庭用の電気機器に供給することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１商用交流電源、２，５１０コンセント、１０充電装置、１１充放電装置、２０，２１ケーブル、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ１１正電力線、ＮＬ１，ＮＬ１1 負電力線、Ｆ１，Ｆ２ヒューズ、Ｄ１ダイオード、ＣＮ１コネクタ、１００，１０１車両、１１０蓄電装置、１１５システムメインリレー、１２０ＰＣＵ、１２１コンバータ、１２２，１２３インバータ、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、１３０，１３５モータジェネレータ、１４０動力伝達ギヤ、１５０駆動輪、１６０エンジン、２００充電器、２０１ＡＣ１００Ｖインバータ、２１０充電リレー、２１１放電リレー、２２０ＡＣインレット、３００ＥＣＵ、３７０不揮発性メモリ、４００充電ケーブル、４１０充電コネクタ、４２０プラグ、４３０ＣＣＩＤ、４４０，ＡＣＬ１，ＡＣＬ２電力線、５００外部交流電源、７０２ＤＣインレット、７０３双方向サイリスタ、７０７ＤＣリレー、ＳＷスイッチ。

Claims

直流電力を蓄える蓄電装置と、
ケーブルを介して外部の充放電装置に接続されるインレットと、
第１の電極が前記インレットに接続され、第２の電極が前記蓄電装置に接続され、前記充放電装置から供給される直流電力を前記蓄電装置に蓄える充電モード時は、前記第１の電極から前記第２の電極に向かう方向に直流電流を流し、前記蓄電装置の直流電力を前記充放電装置に供給する放電モード時は、前記第２の電極から前記第１の電極に向かう方向に直流電流を流す双方向サイリスタとを備える、車両。
さらに、一方端子が前記双方向サイリスタの第２の電極に接続され、前記充電モード時および前記放電モード時の各々に導通状態にされるリレーと、
前記リレーの他方端子と前記蓄電装置との間に接続された第１のヒューズとを備える、請求項１に記載の車両。
前記ケーブルは、
前記インレットに接続されるコネクタと、
一方端子が前記コネクタに接続された第２のヒューズと、
前記第２のヒューズの他方端子と前記充放電装置との間に接続される電力線とを含む、請求項１または請求項２に記載の車両。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両と、
前記ケーブルと、
前記充放電装置とを備え、
前記充放電装置は、前記充電モード時は、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を前記ケーブルを介して前記蓄電装置に供給し、前記放電モード時は、前記蓄電装置から前記ケーブルを介して供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する、充放電システム。